Вместо кататермометра в зарубежных странах был предложен мокрый шаровой термометр, по температуре которого судят о сте­ пени комфортности атмосферы. Такой прибор с полупроводниковым термосопротивлением, включенным в одно из плеч неуравновешен­ ного моста, был недавно исследован в Магнитогорском горнометал­ лургическом институте. Исследование показало, что температура влажного шара наиболее полно отражает воздействие основных пара­ метров микроклимата.

§ 4. Кондиционирование воздуха

Под кондиционированием воздуха понимают совокупность раз­ личных мероприятий, направленных на улучшение атмосферных условий. Чаще под кондиционированием подразумевают только охлаждение воздуха.

В настоящее время некоторые шахты Донбасса достигли такой глубины, что охлаждение воздуха в них просто необходимо. На таких шахтах работают холодильные установки, на других они только строятся или проектируются. На рудниках Криворожского бассейна температура пород при величине геотермической ступени 70 м до­ стигнет 26° С только на глубине 1270 ж. Однако воздух на рудниках Криворожского бассейна нагревается в основном от местных источ­ ников, поэтому необходимость в кондиционировании воздуха может возникнуть и на глубине, меньшей 1270 м. Из других районов, где можно ожидать высокую температуру воздуха в шахте, можно указать на медноколчеданные рудники Урала, разрабатывающие руды, склонные к самонагреванию, и на некоторые глубокие поли­ металлические рудники (Садонский рудник).

Так как охлаждение воздуха является весьма дорогостоящим мероприятием, то прежде чем его осуществить следует рассмотреть возможность применения других, более дешевых способов, а именно:

1)подачу увеличенных объемов воздуха;

2)сокращение пути движения воздуха к рабочим блокам путем проходки вспомогательных вентиляционных стволов или скважин большого диаметра;

3)охлаждение сжатого воздуха;

4)распыление воды, при этом, однако, повышается влажность

воздуха; 5) накапливание холода в зимнее время путем намораживания

льда в подземных камерах;

6)применение переносных воздухоохладителей, предложенных

К.В. Кочиевым; они состоят из пакета деревянных реек, заключен­ ных в кожух из оцинкованного железа; на рейки непрерывно по­ дается вода, которая охлаждает воздух, просасываемый через охла­ дитель вентилятором;

чаще применяется изоляция вентиляционных труб при нагнетатель­ ном способе проветривания.

В зарубежных странах испытаны следующие способы предохра­ нения воздуха в трубах от нагревания: а) изготовление труб из стек­ ловолокна с внутренней изоляцией из пенопласта; б) металлические трубы с наружной изоляцией; в) металлические трубы с двойными стенками с воздушной изоляцией или с заполнением уретановой пеной; г) трубы из полиэтилена с изоляцией из стекловолокна и на­ ружной оболочкой из водонепроницаемой ткани.

Укажем, наконец, на предложенный во Франции [33] способ уменьшения количества воды, испаряющейся в подземных выработ­ ках путем создания на воде пленок или добавления к воде минераль­ ных солей. Наиболее перспективными, с учетом их стоимости, оказа­ лись для воздуха с влажностью от 70 до 90% следующие соли: NaCl, СаС12, MgCl2, NH4C1, Ca(N03)2 и NH4N 03 при отношениях их стои­ мости 1 : 1,57; 2,0; 4,0; 3,17; 4,67; 8,0. Пять .наилучших добавок

вконцентрации от 7 до 10% и от 11 до 15% могут уменьшить количе­ ство испаряющейся воды в два раза.

Внастоящее время искусственное охлаждение воздуха, поступа­ ющего в рудник, осуществляется различными способами:

1)местным охлаждением передвижными холодильными маши­ нами (применяют обычно при проходке выработок);

2)общим охлаждением на поверхности всего воздуха, поступа­ ющего в рудник (охлаждение воздуха осуществляется в аммиачных холодильных установках); этот способ малоэффективен, так как воз­ дух на пути следования снова нагревается;

в) охлаждением на поверхности рассолов, поступающих в рудник;

ввоздухоохладителе они понижают температуру воздуха;

г) холодильной установкой, расположенной под землей; при этом могут быть два варианта: все узлы установки расположены под землей или система охлаждения конденсатора вынесена на по­ верхность.

Вподземных холодильных установках применяют различные разновидности газа фреона.

Внастоящее время холодильные установки в СССР работают только на угольных шахтах Донбасса (1967 г.). По опубликованным данным в зарубежных странах холодильные установки сооружены: 27 — на золоторудных шахтах, 2 — на медных рудниках и 5 — на угольных шахтах. Более подробные данные об охлаждении воздуха

на рудниках сообщаются в работах [33] и [95].

§ 5. Температурный режим рудников в зоне вечной мерзлоты

Область вечной мерзлоты занимает в СССР огромную площадь, составляющую почти половину нашей территории [36].

Первой особенностью шахт и рудников, расположенных в зоне вечной мерзлоты, является низкая температура воздуха в них. Так, на шахте «Центральная» в Сангарах (ЯАССР) температура по­ ступающего воздуха зимой —45° С. Лишь в очистных забоях воздух, пройдя по подземным выработкам 2000 ж, нагревается до —3, —5° С.

Летом в этих забоях температура также отрицательная, а именно

—2° С (рис. 66).

Врезультате простудные заболевания рабочих весьма часты и

число их превосходит обычный уровень: при ведении горных работ в толще мерзлых пород простудные заболевания рабочих в 3—6 раз чаще, чем на поверхности.

Второй особенностью рассматриваемых рудников является боль­ шая запыленность воздуха, нередко в сотни раз превышающая сани­ тарные нормы. При этом содержание пыли в атмосфере горных вы­ работок зимой в 5—10 раз выше, чем летом.

Третьей особенностью следует считать своеобразное влияние теплового режима выработок, пройденных в зоне вечной мерзлоты, на устойчивость боковых пород: замерзшие в течение долгой и суро­ вой зимы боковые породы при наступлении лета оттаивают, что при­ водит к резкому увеличению нагрузок па крепь и нередко к ее по­ ломке; кровля в незакрепленных выработках обрушается. Поэтому Госгортехнадзор разрешил не выполнять требование Правил без­ опасности о подогреве поступающего в рудник воздуха до +2° С.

Характерными чертами теплового режима рудников, располо­

женных в зоне вечной мерзлоты, являются:

1) интенсивный теплообмен между поступающим воздухом и гор­ ными породами в начале пути его движения как в летнее, так и в зим­ нее время, обусловленный большим температурным перепадом:

так, летом сразу после поступления в рудник воздух на расстоянии первых 100 м охлаждается на 5—10° С и зимой нагревается на том же расстоянии на 10—20° С при сохранении отрицательной темпера­ туры во всех отдаленных выработках в течение всего года;

2)распространение зоны положительной температуры в летний период на первые 300—600 м при максимальной глубине талой зоны вокруг выработок до 1,5—3 м\

3)постепенное сокращение годовой амплитуды температурных

колебаний от 60—75° С в начале пути до 3—10° С в очистных забоях;

4)отставание температурных колебаний в выработках от колеба­ ний на поверхности (максимальпых и минимальных температур) примерно па 1 месяц; тоже нулевой температуры — на 1,5—2 месяца;

5)ежегодное накопление льда в воздухоподающих выработках

и«подсушка» пород в выработках, прилегающих к очистным забоям. Указанные резкие колебания температуры поступающего воз­

духа при почти постоянной температуре исходящей струи приводят к тому, что величина естественной тяги колеблется в очень широких пределах. В ряде случаев она превосходит депрессию вентилятора. Это позволяет в холодное время года останавливать вентилятор [36]. С другой стороны, многочисленные связи подземных выработок

споверхностью приводят к неустойчивости вентиляционного режима, перераспределению воздуха между участками и даже опрокидыванию воздушных потоков, что нежелательно и опасно. Особенно резки суточные колебания воздуха на россыпных шахтах.

Нельзя рассчитывать на существенное улучшение температурных условий даже при подогреве поступающего воздуха до сравнительно высоких положительных температур — слишком высока отрицатель­ ная радиация обнаженных мерзлых пород. Поэтому одновременно

собщим регулированием теплового режима предложено использо­ вать для периодического обогрева рабочих лучисто-контактные обо­ греватели или переносные лампы инфракрасного излучения; эти средства местного обогрева должны обеспечить направленный тепло­ вой поток не менее 150—200 ккал/ч на одного человека.

Повышенную запыленность воздуха на рудниках, работающих в области вечной мерзлоты, можно объяснить следующим образом. С наступлением относительно теплой погоды поступающий в подзем­ ные выработки более влажный воздух отдает часть своей влаги, которая, конденсируясь на взвешенных в воздухе пылинках, утяже­ ляет их, они коагулируют в хлопья и, оседая на почву, выпадают из воздушного потока; происходит интенсивное естественное пылеподавление. Так продолжается весь теплый период года. С наступлением холодов вместо конденсации влаги происходит нагревание поступа­ ющего холодного воздуха, конденсационные процессы сменяются испарительными, пыль подсушивается, взметается и запыленность резко возрастает.

Предложены следующие возможные схемы пылеподавления мест­ ным охлаждением воздушного потока над источником пылеобразования:

вода замерзает и образует ледяной массив. В теплое время года через камеру пропускается нагретый воздух, который в ней охлаждается за счет таяния льда;

2) весьма перспективны так называемые гидрокалориферные установки, в которых используется тот же принцип, что и в траншеях: в них вода подается на башню, где разбрызгивается форсунками; внизу башни поступает холодный воздух (см. рис. 67); вода, падая, замерзает в виде шуги и отнимает холод у воздуха, который при этом нагревается. Опыты, выполненные зимой 1967 г. в ЛГИ, полно­ стью подтвердили возможность подогрева воздуха указанным спо­ собом.

Предложены формулы для расчета расхода воды при обоих спо­ собах подогрева воздуха.

Экономические расчеты показывают, что по сравнению с обыч­ ными калориферными и холодильными установками воздухопода­ ющие траншеи со льдом в сочетании с гидрокалориферами позволяют снизить затраты в 4—5 раз для рудников и только гидрокалориферы для подогрева воздуха в условиях россыпных шахт — в 5—6 раз. Если ежегодные затраты по нагреванию воздуха в паровых калори­ ферных установках составляют около ПО руб. в год на 1 м3/мин расхода воздуха, то в гидрокалориферах эти затраты равны всего 10 руб. для рудников, работающих в толще мерзлых осадочных пород.

ВЕНТИЛЯЦИЯ РУДНИКОВ

Глава I

ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СОСТОЯНИЕ РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА

При рассмотрении вопросов, связанных с проветриванием рудни­ ков, пользуются следующими физическими параметрами состояния рудничного воздуха: температура, влажность, теплоемкость, плот­ ность, удельный вес, вязкость и давление.

Температура воздуха — весьма важный физический параметр состояния воздуха. Она характеризует степень нагрева рудничного воздуха. Температуру рудничного воздуха измеряют в градусах Цельсия. В некоторых случаях пользуются показателями абсолют­ ной температуры, т. е. температуры, отсчитываемой от абсолютного нуля. Абсолютная температура связана с температурой, измеряемой

вградусах Цельсия, соотношением

Г= 273 + *.

Врудничной вентиляции за нормальную температуру прини­ мается + 15° С.

Влажность воздуха оценивается в абсолютных или в относитель­ ных величинах. Соответственно этому различают абсолютную и от­ носительную влажность воздуха.

А б с о л ю т н о й влажностью воздуха называется количество водяного пара в граммах, содержащееся в 1 м3 воздуха. Воздух, содержащий предельное при данной температуре количество водяного

пара, называется н а с ы щ е н н ы м .

О т н о с и т е л ь н о й влажностью (п) воздуха называется или отношение содержащихся в каком-нибудь объеме водяных паров к максимально возможному их содержанию при данной температуре, или отношение давления пара р1Щ)1 находящегося в воздухе, к да­ влению пара рпас, насыщающего пространство при той же темпера-г туре.

Относительная влажность дается обычно в процентах:

п= Ршф _юо°б. Рнао

Теплоемкость воздуха. Т е п л о е м к о с т ь ю воздуха с на­ зывается количество тепла, которое необходимо затратить, чтобы

с/;, так как некоторое добавочное количество тепла затрачивается на расширение воздуха. Теплоемкость воздуха зависит от темпера­ туры. Однако при тех температурах воздуха, которые встречаются в подземных выработках, можно принять теплоемкость рудничного

температуре 15° С, давлении 760 мм pm. cm. и влажности 60%. Удельный вес воздуха. У д е л ь н ы м в е с о м у воздуха назы­

вается вес воздуха в единице объема:

G_

Y V

В рудничной вентиляции за стандартный (нормальный) удельный вес уо воздуха принимается 1,2 кг/м3, что при давлении в одну атмо­ сферу соответствует весу 1 м3 воздуха при t равной 15° С и влажно­ сти 60%.

Вязкостью воздуха называется его свойство оказывать сопроти­ вление касательным усилиям. Причиной вязкости является внутрен­ нее трение.

Вязкость воздуха характеризуется коэффициентом ц. Его раз­ мерность кг-сек/м2. Вязкость воздуха увеличивается с возрастанием

фициента вязкости к плотности воздуха: Y = -^, м2/сек.

Значение v для воздуха при температуре +15° С и давлении 760 мм pm. cm. составляет 14,4* 10”G.

Давление воздуха является главной физической величиной, с ко.- торой приходится иметь дело при рассмотрении всех основных во­ просов, связанных с проветриванием рудников. Давление воздуха измеряется миллиметрами ртутного столба, а разность давлений ввиду небольшой величины этой разницы в шахтных условиях — милли­ метрами водяного столба.

В рудничной вентиляции приходится встречаться со следующими тремя видами давления воздуха: абсолютным, депрессией и ско­ ростным.

Абсолютное давление воздуха — это давление, которое оказы­ вает столб атмосферного воздуха. За нормальное атмосферное давле­ ние р о принимается давление в 760 мм pm. cm. при 0° С, называется оно физической атмосферой. С изменением высоты Н над уровнем

С глубиной давление увеличивается в зависимости от температуры воздуха примерно на 9—10 мм pm. cm. на каждые 100 м вертикаль­ ного столба воздуха. Так, на глубине 1500 .м давление будет

760 +142,5 = 902,5 мм pm. cm.

В технике для удобства вычислений за атмосферное давление принимают метрическую или техническую атмосферу — давление, равное 1 кГ1см2. Техническая атмосфера равна 0,968 физической атмосферы, или равна 735,56 мм pm. cm., или 10 000 мм вод. cm.

Пользуются также единицей давления бар, представляющей собой давление в 1 млн. дин на 1 см2 (дина — сила, которая массе в 1 г сообщает ускорение в 1 см!сек2). Бар равен 750,08 мм pm. cm. при 0° С.

Физическая атмосфера равна 7Q0 ммрт. cm., или 10333 кг/м2, или

словами, давление, выраженное в кг/м2, численно равняется значе­ нию того же давления в мм вод. cm.:

р кг/м2 = р, мм вод. cm.

Депрессия. Разница давлений между двумя сечениями движу­ щегося воздушного потока называется депрессией. Депрессией также называют разницу между атмосферным давлением р 0 и давлением* рвсас, создаваемым всасывающим вентилятором при его работе на руднике, т. е.